Inovando Quilhas de Surf: Design Orientado a Desempenho, Impresso em 3D com Onyx

Nota do Autor: Trabalho na Markforged como estagiário de engenharia elétrica. Ao revisar quilhas de surf de teste no escritório antes de uma viagem à Austrália, inspirei-me a criar quilhas de surf impressas em 3D usando a impressora Markforged Mark Two. Este post detalha o design, a impressão e os testes na água dessas quilhas personalizadas.

Sobre Quilhas de Surf

Antes dos anos 1930, as pranchas dependiam de cascos fortemente convexos ou do ato rudimentar de arrastar os pés na água para controlar a direção. A adição de quilhas revolucionou o surf ao estabilizar a guinada, amortecer a rolagem e gerar sustentação durante as curvas — funções análogas a uma asa ou cauda de aeronave. A maioria das quilhas apresenta seção transversal aerodinâmica, que maximiza a sustentação enquanto minimiza o arrasto em comparação a uma forma retangular simples.

Seção transversal de uma quilha de surf de titânio.

Como pode ver, a forma de uma quilha de surf típica é surpreendentemente semelhante a uma asa de avião simétrica.

Apesar da otimização de perfis aerodinâmicos, muitas quilhas comerciais ainda adotam o formato clássico "golfinho" — bonito, mas não ideal para sustentação. A teoria aerodinâmica mostra que a forma de asa mais eficiente é uma elipse, pois a sustentação é distribuída em padrão elíptico. Uma asa longa e estreita oferece maior eficiência de envergadura, ou seja, mais sustentação com menos arrasto. O Rutan Voyager, avião que circunavegou o globo sem reabastecimento, exemplifica esse princípio com suas asas ultra-longas e estreitas.

Por que, então, a maioria das quilhas de surf apresenta design recuado? Na prática, o recuo reduz a probabilidade de a quilha enroscar em algas — não há fluxo de ar supersônico para otimizar, diferente de caças ou aviões comerciais.

Adicionando Winglets

Um dos maiores contribuintes para o arrasto em uma quilha é o vórtice que se forma na borda inferior. Adicionando pequenos winglets à parte inferior da quilha, podemos suprimir esses vórtices, melhorando significativamente a eficiência do arrasto. Aviões de passageiros modernos empregam winglets semelhantes com grande efeito.

Os winglets servem a duplo propósito: reduzir o arrasto e proporcionar estabilidade de arfagem adicional. Quando o surfista posiciona os pés muito à frente, a prancha arfa para baixo; os winglets geram força descendente para contrabalancear. Inversamente, se o surfista fica muito atrás, os winglets produzem sustentação, ajudando a manter o equilíbrio. Embora o posicionamento correto dos pés permaneça essencial, os winglets atuam como uma valiosa rede de segurança.

Renderização CAD da quilha personalizada; os blocos superiores servem como pontos de montagem para a prancha.

O conjunto de teste consistia em três quilhas impressas em Onyx puro — sem reforço de fibra — para imitar a flexibilidade de quilhas de acrílico fundido. Apesar de sua esbeltez (espessura máxima 4 mm, borda de fuga com duas camadas), as impressões eram robustas. A espessura de duas camadas do winglet aguentou bem durante o envio e os testes.

Quilhas de surf hidrodinâmicas impressas em Onyx.

As quilhas foram enviadas à Austrália para avaliação na água. Usei uma prancha de 7 pés 3 polegadas equipada com quilhas de 120 mm de profundidade para comparação.

Quilhas padrão de plástico transparente em formato golfinho.

Quilha Onyx comparada a uma quilha padrão formato golfinho.

Quilhas de surf são intercambiáveis via sistema de chave sextavada; caixas plásticas são moldadas na prancha de fibra de vidro. Uma caixa na minha prancha rachou, afetando a curvatura.

Usando chave de quilha para trocar quilhas; a base preta é a caixa da quilha.

As quilhas impressas em 3D ajustaram-se perfeitamente à especificação, demonstrando a alta resolução da impressora Mark Two. Com as novas quilhas instaladas, era hora de pegar as ondas.

Prancha com quilhas Onyx instaladas.

Surfando com as Quilhas

As quilhas foram testadas em surf de aproximadamente 1 metro — pequeno para a maioria dos padrões. Já na primeira onda, as quilhas permitiram curvas limpas e proporcionaram estabilidade de arfagem notavelmente maior que o conjunto padrão. Embora não seja um profissional experiente, achei a sensação das novas quilhas altamente satisfatória.

Após a primeira sessão, as quilhas permaneceram praticamente intactas, apesar de algumas características com duas camadas de espessura. Marcas menores apareceram onde os parafusos de montagem contactaram os plugs de fixação da quilha.

Quilha após surf, ainda totalmente intacta.

Marca do parafuso de montagem no topo da quilha.

No segundo dia, a quilha na caixa rachada falhou em torção. Causas prováveis incluem torque súbito de uma queda e aperto insuficiente do parafuso. Aproximadamente, uma onda de 10 km/h pode exercer cerca de 3 kg de força em uma quilha, traduzindo-se em carga substancial nos plugs de montagem. Embora falha de quilha seja comum, uma quilha reforçada com fibra poderia melhorar a durabilidade e permitir rigidez ajustável — um parâmetro de design chave para quilhas de surf.

No geral, as quilhas Onyx impressas em 3D tiveram desempenho impressionante, demonstrando tanto resistência quanto precisão.

Nota do Editor: Os arquivos .stl dessas quilhas estão disponíveis para download — experimente! Se tem interesse em colaborar em projetos como este, envie e-mail para social@markforged.com.